(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、
前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、
前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されることと、
前記ガス供給ノズルは、扁平形状のノズル本体と、このノズル本体の少なくとも底面に設けられたガス供給孔とを備えていることと、を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、
前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、
前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されることと、
前記ガス供給ノズルは、先端部側から基端部側へ向かうに従って、当該ガス供給ノズル表面の単位面積あたりのガス供給孔の開口数が多くなることと、を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項３】
前記ガス供給孔は、前記凹部の中心軸に対して少なくとも１０度の傾きを持って開口していることを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
処理容器内の載置台上の基板に互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置であって、前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されたガス供給装置と、
前記処理ガスの供給の際に、原料ガスを供給して基板に吸着させる段階と、この原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する段階と、を交互に行うと共に、これら両段階の間に、処理雰囲気をパージガスによりパージする段階を行うように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特長とする成膜装置。
【請求項５】
さらに前記拡散空間に連通し、当該拡散空間内の雰囲気を側方から排気するための真空排気路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記凹部の前記載置台側の開口部は、この開口部の投影面が当該載置台上に載置される基板の面積の３０％以上の領域を覆うように開口していることを特徴とする請求項４または５に記載の成膜装置。
【請求項７】
処理容器内の載置台上の基板に互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜方法において、
前記処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置であって、前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されたガス供給装置を利用して処理ガスを供給する工程を含み、
前記処理ガスを供給する工程は、原料ガスを供給して基板に吸着させる工程と、この原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する工程と、を交互に行うと共に、これら両工程の間に、処理雰囲気をパージガスによりパージする工程を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
さらに前記拡散空間に連通する真空排気路に、当該拡散空間内の雰囲気を側方から真空排気する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内にて基板に対して処理を行うための処理ガスを当該処理容器内に供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の中には、ガス供給装置と載置台とを処理容器内に対向させ、ガス供給装置から載置台上の基板である例えば半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に処理ガスを供給して基板を処理する装置、例えば成膜装置やエッチング装置などがある。  
このうち成膜装置としては、処理ガスを加熱して反応させる熱ＣＶＤなどがあり、また複数種類の処理ガスの供給を例えば２工程（段階）に分けて、第１の工程にて一の処理ガスの供給を行い、また第２の工程にて他の処理ガスの供給を行い、これら工程を交互に行ってこれらの処理ガスの反応生成物を順次積層していくいわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれるプロセスも知られている（例えば特許文献１）。このＡＬＤについては、ウエハの横側から処理ガスを流すサイドフロー方式が知られていたが、本発明者はこのＡＬＤにおいてもウエハと対向するガス供給装置を用いる方式の方が有利であると考えている。
【０００３】
このガス供給装置にはガスシャワーヘッドなどと呼ばれるタイプのものがあり、ガス導入ポートを備えたガスシャワーヘッドの最下部には多数のガス供給孔を設けたシャワープレートなどと呼ばれているガス供給プレートが設けられている。ガスシャワーヘッドは、ガス導入ポートとこれに対応するガス供給孔とを連通するためのガス流路を備え、ガス流路の途中にはガスを横方向に拡散させるための拡散空間が形成されている。
【０００４】
ここでＡＬＤにおいて処理ガスの種類を切り替える際には、次の処理ガスの供給を開始する前にパージガスを供給し、処理雰囲気内に残っている処理ガスを完全に排除する工程が行われ、このパージ工程はパーティクルの発生を防止する重要な役割を担っている。パージが不十分であると、例えば２つの処理ガスが共通のガス流路や拡散空間を通流する場合には、処理雰囲気やガス供給装置内に残留する処理ガスと、新たに供給された処理ガスとが反応してこれらの反応生成物が壁部に付着し、パーティクルを発生する要因となってしまう。また、各処理ガスがガスシャワーヘッド内の別々の流路を通って供給される場合でも、ガス供給孔内への逆拡散により、一方の処理ガスが他方側の流路内に進入してパージし切れなかった処理ガスと反応し、反応生成物が付着する原因となる。一方でパージ工程は、成膜には直接寄与しない付随的な工程であるため、ガス供給装置の構造は、パージ工程の時間をできる限り短くしてスループットを向上させ、且つこの短い時間内に処理ガスを完全にパージ可能な構成であることが望ましい。
【０００５】
この点、ガスシャワーヘッドは、シャワープレート全面に設けられた多数のガス供給孔各々に処理ガスを均一に供給するための比較的大きな拡散空間が必要であり、拡散空間内をパージガスで置換するまでに時間がかかる。またこのような拡散空間の隅部には、パージ工程時にガス溜まりが形成されやすく、処理ガスを完全に排除する際の障害となっている。
【０００６】
またガス供給装置の製作といった観点から見ても、ガスシャワーヘッドは例えば複数のプレートに多数の微細な貫通孔を形成し、これらのプレートを重ね合わせてガス流路を形成するなど、精密な加工が要求されるため、製作が容易ではなく、製作費用も比較的高価となってしまう。
【０００７】
そこで本発明者は、例えば特許文献２に記載のエッチング装置に用いられているものと同様の外観形状を備えたガス供給ノズルをＡＬＤのガス供給装置として採用することを検討している。このガス供給ノズル４１は、処理空間内に突出し、その表面に複数のガス供給孔を備えており、例えば図２２（ａ）の成膜装置１００に示すように、非常に小型で単純な構成であるため、ノズルの内部を短時間でパージすることが可能であり、またガスシャワーヘッドと比較して製作も容易である。
【０００８】
ところがガス供給ノズル４１を処理容器２の天井部から突出させると、ウエハＷを可能な限りガス供給ノズル４１に近づけたとしても、最低でもノズル４１の高さ分だけは天井部をウエハＷから離す必要があり、処理雰囲気１０の容積が比較的大きくなってこの処理雰囲気１０のパージに時間がかかるおそれがある。また処理雰囲気１０の容積が大きくなることにより、当該雰囲気１０を成膜に必要なガス濃度に保つための処理ガス供給量も多くなり成膜コストの上昇につながる場合もある。
【０００９】
また本発明者は、例えば図２２（ｂ）に示すように、載置台３の下方の空間を処理雰囲気１０から区画して、処理ガスを側方に排気することによりパージの必要な空間をより小さくした成膜装置１０１を開発している。しかしながらこの場合には、排気される処理ガスの気流が処理容器２の側壁部に衝突して渦を巻き、ガス溜まりを形成しやすく、処理ガスの完全な排除を阻害する要因ともなり得る。
【００１０】
なお特許文献３には、処理容器の天井部に傾斜面を備えたＡＬＤ型の成膜装置が記載されている。しかしながら当該天井面は、基板表面での処理ガスの供給速度を均一にすることを目的として傾斜面が設けられており、また処理ガスは処理容器の頂部に開口したガス流路を介して処理容器内に供給されている。このため当該技術は、処理容器の天井面から突出するガス供給ノズルを設けたことに起因する上述の問題には全く着目されておらず、解決しようとする課題及びその構成が本発明とは異なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−９１８７４号公報；第０００２段落
【特許文献２】特開２００７−２４３１３８号公報；請求項１、第００３段落、図１
【特許文献３】特表２００５−５０７０３０号公報；第００２０段落〜第００２１段落、図３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は構造が単純で製作が容易なガス供給装置、成膜装置及び成膜方法を提供することにある。  
また本発明の他の目的は、例えばＡＬＤなどのプロセスを適用した場合におけるガスの置換性が良好で、スループットの向上に寄与できる成膜装置、成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るガス供給装置は、処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、
前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、
前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されることと、
前記ガス供給ノズルは、扁平形状のノズル本体と、このノズル本体の少なくとも底面に設けられたガス供給孔とを備えていることと、を備えたことを特徴とする。
また、他の発明に係るガス供給装置は、処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、
前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、
前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、
前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されることと、
前記ガス供給ノズルは、先端部側から基端部側へ向かうに従って、当該ガス供給ノズル表面の単位面積あたりのガス供給孔の開口数が多くなることと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで前記ガス供給孔は、前記凹部の中心軸に対して少なくとも１０度の傾きを持って開口しているとよい。
【００１５】
次に他の発明に係る成膜装置は、処処理容器内の載置台上の基板に互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置であって、前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されたガス供給装置と、
前記処理ガスの供給の際に、原料ガスを供給して基板に吸着させる段階と、この原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する段階と、を交互に行うと共に、これら両段階の間に、処理雰囲気をパージガスによりパージする段階を行うように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特長とする。
【００１６】
またこれらの成膜装置は、前記拡散空間に連通し、当該拡散空間内の雰囲気を側方から排気するための真空排気路を備えていることが好ましく、前記凹部の前記載置台側の開口部は、この開口部の投影面が当該載置台上に載置される基板の面積の３０％以上の領域を覆うように開口しているとよい。
【００１７】
この他、本発明に係る成膜方法は、処理容器内の載置台上の基板に互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜方法において、
前記処理容器内の載置台に載置された基板に対向し、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置であって、前記載置台上の基板と対向する位置にガスの拡散空間を構成するために前記載置台に向かって末広がりの傾斜面により形成された凹部を有する天板部材と、前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、この凹部の周方向に沿って複数のガス供給孔が設けられると共に、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられたガス供給ノズルと、を備え、前記ガス供給ノズル及びガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通であり、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されたガス供給装置を利用して処理ガスを供給する工程を含み、前記処理ガスを供給する工程は、原料ガスを供給して基板に吸着させる工程と、この原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する工程と、を交互に行うと共に、これら両工程の間に、処理雰囲気をパージガスによりパージする工程を含むことを特徴とする。前記成膜方法は、前記拡散空間に連通する真空排気路に、当該拡散空間内の雰囲気を側方から真空排気する工程を含むとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、小型で構造が単純なガス供給ノズルを用いて処理ガスを供給するので、例えば複数のプレートを積み重ねた構造のガスシャワーヘッドなどと比較して製作が容易であり、装置の製造コストの低減に貢献することができる。  
また、このガス供給ノズルは、天板部材の下方側へ末広がりに形成された凹部の頂部から当該凹部内に突出していると共に、当該ノズルの全体または一部がその凹部内に格納されているので、載置台との間に形成される拡散空間を小さくすることができる。これにより、例えばガスシャワーヘッド型のガス供給装置と比較して処理ガスの供給量や供給時間が抑えられると共に、パージ工程を必要とする場合には、パージ工程に要する時間も抑えることができるので、変動コストの低減や処理のスループット向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る成膜装置の縦断面図である。
【図２】前記成膜装置に設けられたガス供給装置を下面側から見た斜視図である。
【図３】前記ガス供給装置に設けられたガス供給ノズルの拡大斜視図である。
【図４】前記ガス供給装置の縦断面図である。
【図５】前記ガス供給ノズルをウエハに対向させた状態における拡大側面図である。
【図６】前記成膜装置のガス供給経路図である
【図７】前記成膜装置の第１の作用図である。
【図８】前記成膜装置の第２の作用図である。
【図９】前記成膜装置による成膜処理のガス供給シーケンス図である。
【図１０】前記成膜装置の第３の作用図である。
【図１１】前記ガス供給装置の変形例である。
【図１２】前記ガス供給ノズルの変形例である。
【図１３】前記ガス供給装置の第２の変形例である。
【図１４】前記第２の変形例に係わるガス供給装置に設けられたガス供給ノズルである。
【図１５】第２の実施の形態に係るガス供給装置を下面側から見た斜視図である。
【図１６】前記ガス供給装置の縦断斜視図である。
【図１７】前記ガス供給装置の縦断側面図である。
【図１８】実施例に係るシミュレーションにて用いたモデル空間の斜視図である。
【図１９】第１の実施例の結果を示す説明図である。
【図２０】第２の実施例の結果を示す説明図である。
【図２１】第３の実施例の結果を示す説明図である。
【図２２】ガス供給ノズルを備えた成膜装置の参考例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図６を参照して、本実施の形態に係る成膜装置１の構成について説明する。成膜装置１は、例えば第１の処理ガスであるストロンチウム（Ｓｒ）を含む原料ガス（以下、Ｓｒ原料ガスという）、第２の処理ガスであるチタン（Ｔｉ）を含む原料ガス（以下、Ｔｉ原料ガスという）を用い、これらを第３の処理ガスである酸化ガスとしてのオゾンガスと反応させて、ＡＬＤプロセスにより、基板である例えば直径３００ｍｍのウエハ表面に高誘電体材料であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３、以下ＳＴＯと略記する）の薄膜を成膜する機能を備えている。
【００２１】
図１の縦断面図に示すように、この成膜装置１は、真空容器をなす処理容器２と、当該処理容器２内に設置され、基板であるウエハＷを載置するための載置台３と、この載置台３と対向するように処理容器２の上部に設けられ、ウエハＷ表面に処理ガスを供給するためのガス供給装置４と、を備えている。
【００２２】
載置台３は、ウエハＷを支持する載置台本体に相当するステージ３１と、このステージ３１を覆うステージカバー３２と、から構成されており、ステージ３１は例えば窒化アルミニウムや石英などを材料として、例えば扁平な円板状に形成されている。ステージ３１の内部には、載置台３の載置面を加熱することにより、ウエハＷを成膜温度まで昇温するためのステージヒータ３３が埋設されている。このステージヒータ３３は、例えばシート状の抵抗発熱体より構成されていて、電源部６８より電力を供給することにより載置台３上に載置されたウエハＷを例えば２８０℃で加熱することができる。なおステージ３１内には図示しない静電チャックが設けられており、載置台３上に載置されたウエハＷを静電吸着して固定することができるようになっている。
【００２３】
一方、ステージ３１と共に載置台３を構成するステージカバー３２は、ステージ３１の上面及び側面を覆うことにより、反応生成物や反応副生成物といった反応物のステージ３１表面への堆積を防止する役割を果たしている。ステージカバー３２は例えば石英製の着脱自在なカバー部材（デポシールドなどと呼ばれている）として構成されており、その上面中央領域には、ウエハＷよりやや大きな径を有する円形の凹部が形成されていて、当該ステージカバー３２上の載置面に載置されるウエハＷの位置決めを行うことができる。
【００２４】
載置台３は、柱状の支持部材３４によって例えばステージ３１の下面側中央部を支持されており、当該支持部材３４は昇降機構６９によって昇降されるように構成されている。そしてこの支持部材３４を昇降させることにより載置台３は、外部の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置と、ウエハＷの処理が行われる処理位置と、の間を例えば最長８０ｍｍ程度昇降することができる。
【００２５】
図１に示すように支持部材３４は、処理容器２の底面部、詳しくは後述の下側容器２２の底面部を貫通し、既述の昇降機構６９によって昇降される昇降板２３に接続されていると共に、この昇降板２３と下側容器２２との間はベローズ２４によって気密に接合されている。
【００２６】
また載置台３は、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを載置台３の載置面より昇降させるための例えば３本の昇降ピン３５を備えている。これらの昇降ピン３５は、例えば図１に示すように載置台３をウエハＷの処理位置まで移動させた状態で、各昇降ピン３５の扁平な頭部がステージ３１の上面にて係止され、その下端部がステージ３１の底面から飛び出すように、ステージ３１を上下方向に貫通した状態で取り付けられている。
【００２７】
ステージ３１を貫通した各昇降ピン３５の下方側には、リング状の昇降部材３６が設けられていて、載置台３をウエハＷの受け渡し位置まで降下させた状態で昇降部材３６を昇降させ、各昇降ピン３５を押し上げたり降下させたりすることにより、これら昇降ピン３５に支持されたウエハＷを載置台３の載置面より昇降させることができる。
【００２８】
ここでステージカバー３２の上面側における、既述の昇降ピン３５が貫通している位置には、昇降ピン３５の頭部を格納するための開口部が設けられている。このため、図１に示すようにウエハＷの処理位置まで載置台３を移動させた状態では、ステージカバー３２上面と各昇降ピン３５の頭部上面とがほぼ面一となって、載置台３の上面に平坦なウエハＷ載置面が形成されるようになっている。さらに当該ステージカバー３２の側壁部は、ステージ３１の下方側まで延伸されていて、ステージ３１の下方領域を側面から取り囲むスカート部３２１を形成しており、ステージ３１本体と一体の側周面を構成している。
【００２９】
次に処理容器２の構成について説明する。処理容器２は、扁平な椀形の下側容器２２の上に環状に形成された排気ダクト２１を積み重ねた構成となっている。この下側容器２２は、例えばアルミニウムなどにより構成され、その底面には貫通孔２２１が設けられていて、既述したステージ３１の支持部材３４を貫通させるようになっている。また当該貫通孔２２１の周囲には、例えば４箇所にパージガス供給路２２２が設けられていて、パージガス供給源６６から供給された窒素ガスなどのパージガスを下側容器２２内に送り込むことができる。なお図１中、破線で示した搬送口２８は、外部の搬送機構によりウエハＷの搬入出を行うためのものであり、処理容器２の側壁部２２３に設けられた図示しないゲートバルブによって開閉されるようになっている。
【００３０】
排気ダクト２１は、例えばアルミニウム製の角状のダクトを湾曲させて形成された環状体として構成されており、当該環状体の内径及び外径は、既述の下側容器２２の側壁部２２３の内径及び外径とほぼ同サイズに構成されている。また当該排気ダクト２１の処理雰囲気に近い側の壁面を内壁面、処理雰囲気から遠い側の壁面を外壁面と各々呼ぶことにすると、内壁面上端部には、横方向に伸びるスリット状の真空排気口２１１が間隔を置いて周方向に沿って複数配列されている。当該排気ダクト２１の外壁面の例えば一箇所には排気管２９が接続されていて、例えば当該排気管２９に接続された真空ポンプ６７を利用して、各真空排気口２１１からの真空排気を行うことができる。また図１に示すように、排気ダクト２１にはその上面側から外壁面及び下面側にかけての外周部を覆うように断熱部材２１２が設けられている。
【００３１】
この排気ダクト２１は、断熱部材２１２を介して下側容器２２の上に積み重ねられ、互いに断熱された状態で一体となり、処理容器２を構成している。そして排気ダクト２１の内壁面に設けられた複数の真空排気口２１１は、ガス供給装置４と載置台３との間に形成される後述の拡散空間４０を含む処理雰囲気に向けて開口しているので、これらの真空排気口２１１より処理雰囲気の真空排気を行うことができる。当該処理雰囲気から真空ポンプ６７へと通じる空間は、成膜装置１の真空排気路に相当する。
【００３２】
さらに処理容器２の内部には、図１に示すように載置台３と協働して当該載置台３の下部側の空間を、上部側の空間から区画するためのインナーブロック２６が、ウエハＷの搬送口２８よりも高い位置に設けられている。このインナーブロック２６は、例えばアルミニウムにより形成されたリング状部材であって、下側容器２２の側壁部２２３の内壁面と、載置台３の側周面との間の空間に装填できるサイズに形成されている。またインナーブロック２６の上面外周部には、当該外周部から外側へ広がるように突起縁２６２が設けられており、インナーブロック２６は、下側容器２２の側壁部２２３と排気ダクト２１の内壁面側の下端部との間に設けられた中間リング体２５２にこの突起縁２６２を係止させて処理容器２内に固定されている。
【００３３】
さらにまた図１に示すように、このインナーブロック２６の上面から内周面にかけての領域は、石英製のブロックカバー２６１で覆われており、表面への反応物の堆積を抑えることができるようになっている。そして、載置台３が処理位置にあるとき、このブロックカバー２６１が例えば２ｍｍの隙間を介してステージカバー３２の側面（スカート部３２１の側面）を取り囲むことにより、処理雰囲気のガスが下部空間に拡散しにくい状態となる。
【００３４】
さらに排気ダクト２１の内壁面に形成された真空排気口２１１と処理雰囲気との間のリング状の空間には、この空間の通流コンダクタンスを小さくすることにより、当該処理雰囲気からみて処理容器２の周方向における排気の均一化を計るための、断面が逆Ｌ字状に形成されたリング部材であるバッフルリング２７が配設されている。
【００３５】
次にガス供給装置４の構成について説明する。図１に示すようにガス供給装置４は、載置台３との間でガスのガスの拡散空間４０を形成するための天板部材４２と、この拡散空間４０へ向けて処理ガスやパージガスを供給するガス供給ノズル４１とを備えている。  
図２の斜視図に示すように天板部材４２は、例えばアルミニウムからなる円板部材であり、処理容器２の上面側の開口部を塞いで気密な真空容器を構成することができる。図１、図２に示すように天板部材４２の上縁部にはフランジ部４２１が設けられており、このフランジ部４２１は、当該フランジ部４２１と勘合する段差を備えたリング状の支持部材２５を介して排気ダクト２１の上面側に載置、固定されている。このとき天板部材４２の側周面は、前記支持部材２５及びバッフルリング２７の内周面に密合した状態となっており、またフランジ部４２１は図示しない例えばボルトなどによって支持部材２５に対して着脱自在に締結されている。
【００３６】
図１、図４の断面図に示すように、天板部材４２の下面側中央部には載置台３側へ向かって末広がりの形状に形成された凹部４２２が設けられている。図２に示すように凹部４２２は天板部材４２の底面と同心円状に開口しており、この開口部は載置台３上のウエハＷに対向した状態で、その投影面がウエハＷの面積の例えば３０％以上の例えば７２％の領域を覆うように開口している。本例では開口部は、例えば直径が２５５ｍｍとなっている。この凹部４２２と載置台３との間に形成される空間が、処理容器２内に供給された各種ガスをウエハＷ表面に拡散させる拡散空間４０となる。
【００３７】
凹部４２２の頂部からは、半球状のガス供給ノズル４１が載置台３に向かって凹部４２２内に突出しており、このガス供給ノズル４１の半球状のノズル本体の表面には多数のガス供給孔４１１が設けられている。図１、図３、図４に示すように、ガス供給ノズル４１はガス供給管４３の先端部に取り付けられており、このガス供給管４３を天板部材４２のほぼ中央部に貫通させることにより、ガス供給ノズル４１を凹部４２２内へと突出させている。またガス供給管４３下方側の側周部にはフランジ部４３２が設けられており、このフランジ部４３２は天板部材４２の上面に例えばボルトなどで固定されることにより、天板部材４２に対してガス供給管４３を着脱自在な構成としている。
【００３８】
図４に示すように、ガス供給ノズル４１及びガス供給管４３の内部は空洞になっていて、当該空洞部はガスの通流空間４３０の役割を果たす。またガス供給管４３側面の基端側にはマニホールド４３１が固定されており、マニホールド４３１→通流空間４３０→ガス供給孔４１１の経路を経て拡散空間４０内に各種のガスが供給される。詳細には、マニホールド４３１からはＳｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及びオゾンガスの３種類の処理ガス、並びに各種処理ガスのキャリアガスの役割を果たすと共にパージガスとしても利用される、例えばアルゴンガス（Ａｒ）が供給される。
【００３９】
ガス供給ノズル４１に多数設けられたガス供給孔４１１は、例えば当該半球状のガス供給ノズル４１の中心位置から径方向へと伸ばした直線上に穿設され、当該ガス供給ノズル４１を取り囲む凹部４２２の周方向に沿って配列され、開口している。ここでＡＬＤは、１層あるいは少数層の原子層や分子層をウエハＷ表面に吸着、反応させて形成された薄膜を積層することにより均一な膜を成膜するプロセスであるため、原料ガスがウエハＷ表面に到達する際のガスの勢いが強すぎると、当該領域に予定量以上のガスが吸着、付着してしまいその領域の膜厚が厚くなってしまう。そこで本実施の形態に係るガス供給ノズル４１は、図４に示すようにノズル４１の先端部にはガス供給孔４１１が設けられておらず、この先端部よりも外側の領域にガス供給孔４１１が配置されている。これにより各ガス供給孔４１１は、ガス供給ノズル４１の中心軸に対して成す角度「θ」が少なくとも１０°以上の例えば２５°以上となっていて、原料ガスがウエハＷ表面に到達する際の勢いを弱めることができるようになっているが、その作用については後述する。
【００４０】
また図３に示すようにガス供給ノズル４１は、単位面積あたりの開口数がガス供給ノズル４１の先端側ほど少なく、基端側へ行くほど多くなるようにガス供給孔４１１を配置してある。これは例えば図５に示すように、ガス供給ノズル４１の先端側の円形領域「Ｓ１」及び、この領域と等しい面積を持つ基端側の円形領域「Ｓ２」の各々をウエハＷ面に投射したとき、各投影面「Ｐ１、Ｐ２」の面積を比較すると、基端側の投影面「Ｐ２」の方が先端側の投影面「Ｐ１」よりも面積が大きくなるためである。そこで、先端側と基端側とのガス供給孔４１１の開口面積を同じにした場合には、例えばこれら投影面内の単位面積あたりのガス供給孔４１１の開口数がおおよそ一致するように、各領域「Ｓ１、Ｓ２」内に配置するガス供給孔４１１の数を調節する。あるいは先端側と基端側とのガス供給孔４１１の開口面積が異なる場合には、先端側の開口面積と基端側の開口面積との比は、Ｐ１：Ｐ２となるようにする。つまりは、投影面積Ｐ１：Ｐ２に比例したガス供給孔４１１の開口面積を先端側と基端側とに持たせることになる。これによりウエハＷ表面への到達時のガス濃度をウエハＷ面内でできるだけ均一にすることができる。
【００４１】
マニホールド４３１には、図６に示すように各種のガスを供給するためのガス供給ライン６１０、６２０、６３０が接続されており、これらのライン６１０〜６４０は上流側で夫々各種のガス供給源６１〜６４と接続されている。  
詳細には、Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０はＳｒ原料供給源６１と接続されていて、当該供給源６１には、例えばＳｒ（ＴＨＤ）２（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）やＳｒ（Ｍｅ５Ｃｐ）２（ビスペンタメチルシクロペンタジエニエルストロンチウム）などの液体Ｓｒ原料が貯留されており、このＳｒ原料が供給ラインに押し出され、気化器６１１により気化されてＳｒ原料ガスが当該ガスの供給ライン６１０へと供給されるようになっている。
【００４２】
Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０はＴｉ原料供給源６２と接続されていて、当該供給源６２には、例えばＴｉ（ＯｉＰｒ）２（ＴＨＤ）２（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）やＴｉ（ＯｉＰｒ）（チタニウムテトライソプロポキサイド）などの液体Ｔｉ原料が貯留されており、Ｓｒ原料の場合と同様に気化器６２１によって気化されたＴｉ原料ガスを供給できるようになっている。また、オゾンガス供給ライン６３０は例えば周知のオゾナイザなどにより構成されるオゾンガス供給源６３と接続されており、当該ライン６３０へとオゾンを供給することができる。Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０、Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０、オゾンガス供給ライン６３０は夫々経路の途中で分岐し、アルゴンガスボンベなどにより構成されるパージガス供給源６４へと接続されており、各原料ガスのキャリアガスとして、また夫々の処理ガスのパージガスとしてアルゴンガスを供給することができる。各ガス供給ライン６１０、６２０、６３０とガス供給源６１〜６４との間には、バルブ、流量計などからなる流量制御機器群６５が介設されており、後述する制御部７からの指示に基づいて各種のガスの供給タイミング及び供給量が制御される。
【００４３】
成膜装置１の装置構成の説明に戻ると、天板部材４２の上面や排気ダクト２１の外壁面の下面側及び上面側などには、図１に示すようにシート状の抵抗発熱体などよりなるヒータ４４、２１３が設けられていて、電源部６８より供給される電力によりヒータ４４や排気ダクト２１全体を加熱することによりガス供給ノズル４１の下面や排気ダクト２１内面への反応物の付着を防止できるようになっている。なお図示の便宜上、図１以外の図へのこれらのヒータ４４、２１３の記載は省略した。なお上述したものの他、反応物の付着を防止するためのヒータは、例えばインナーブロック２６内にも埋設されているが、説明の便宜上図示は省略する。
【００４４】
成膜装置１は、既述のガス供給源６１〜６４からのガス供給動作、載置台３の昇降動作や真空ポンプ６７による処理容器２内の排気動作、ステージヒータ３３、各ヒータ４４、２１３による加熱動作などを制御する制御部７を備えている。制御部７は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には当該成膜装置１によってウエハＷへの成膜処理を行うのに必要な制御、例えばガス供給源６１〜６４からの各種ガス供給の給断タイミングや供給量調整に係る制御、処理容器２内の真空度を調節する制御、載置台３の昇降動作制御や各ヒータ４４、２１３の温度制御などについてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。以下、上述のガス供給装置４を採用した成膜装置１の動作について説明する。
【００４５】
先ず図７に示すように、搬送口２８を開け、外部の搬送機構を搬送口２８より進入させて処理容器２内にウエハＷを搬入する。次いで昇降ピン３５を介して、受け渡し位置にある載置台３上にウエハＷを載置して不図示の静電チャックにより当該ウエハＷを吸着する。このとき、各ヒータ２１３、４４などにより排気ダクト２１やインナーブロック２６の表面は例えば各々２３０℃まで加熱され、また処理容器２内の天板部材４２表面は例えば２５０℃まで加熱されている。次いで搬送口２８を閉じて処理容器２内を気密な状態とした後、真空ポンプ６７により排気ダクト２１を介して処理容器２内を引き切りの状態とする。
【００４６】
このとき既述のようにインナーブロック２６はウエハＷの受け渡しが行われる搬送口２８が設けられている位置よりも高い位置に固定されているので、図７に示すように載置台３をウエハＷの受け渡し位置まで降下させた状態においては、下側容器２２内の空間はウエハＷの処理が行われる空間と連通した、区画されていない状態となっている。このため、当該真空排気においては下側容器２２内を含む処理容器２内全体が真空排気される。
【００４７】
処理容器２内が所定の圧力まで真空排気されたら、真空排気を継続したままウエハＷの載置された載置台３を、レシピに応じて選択された処理位置、例えば図８（ａ）に示すようにウエハＷの表面から天板部材４２の下面（凹部４２２内の下面は除く）までの距離（以下、ギャップという）が「ｈ＝４０ｍｍ」の処理位置から、図８（ｂ）に示すギャップが「ｈ＝８ｍｍ」の処理位置までの間の予め決められた位置まで上昇させる。ここで処理位置まで載置台３を上昇させると、例えば図８（ａ）や図８（ｂ）に示すようにステージカバー３２の側周面、あるいは当該側周面から延伸されたスカート部３２１がインナーブロック２６に取り囲まれた状態となって、載置台３上方の空間と、下側容器２２内の空間とが、載置台３及びインナーブロック２６により遮られて互いに区画された状態となる。
【００４８】
このようにして２つの空間が区画されたら、パージガス供給路２２２より下側容器２２内へのパージガス導入を開始する。そしてステージヒータ３３によりウエハＷの温度が例えば２８０℃まで加熱された後、ＳＴＯの成膜処理を開始する。なお、図７、図８（ａ）、図８（ｂ）においては、図示の便宜上ステージヒータ３３の記載は省略してある。また以下の動作説明では、ウエハＷの処理位置が図８（ｂ）に示したギャップ「ｈ＝８ｍｍ」である場合を例にとって説明を進める。
【００４９】
ＡＬＤプロセスによるＳＴＯの成膜処理は、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すガス供給シーケンスに基づいて実行される。図９（ａ）〜図９（ｄ）は各ガス供給源６１〜６４からの各種ガス（Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス、オゾンガス及びパージガス）の供給量を示している。また図１０は、これらのシーケンス実行中における処理容器２内のガスの流れを模式的に示している。
【００５０】
ガス供給シーケンスによれば、図９（ａ）に示すように、まずＳｒ原料ガスの供給を行う（Ｓｒ原料ガス供給工程）。このときＳｒ原料ガスは、ガス供給管４３内の通流空間４３０を通ってガス供給ノズル４１に到達し、ガス供給孔４１１を通って拡散空間４０内へと供給される。ガス供給ノズル４１を出たＳｒ原料ガスは、図１０に示すように拡散空間４０内を放射状に広がって載置台３上のウエハＷへ向かって流れていく。
【００５１】
このとき図１に示すように処理容器２には、排気ダクト２１に設けられた真空排気口２１１が拡散空間４０を取り囲むように配置されているので、ウエハＷに到達した原料ガスはこれらの真空排気口２１１に向かってウエハＷの径方向へと流れていく。従って凹部４２２の開口部に対向していないウエハＷの周縁領域も、ガスが真空排気口２１１へ向かって流れる際に原料ガスを吸着することができるので、ウエハＷに対向する開口部を持つ拡散空間４０に加えて、当該周縁領域もウエハＷの処理雰囲気となる。このように原料ガスがウエハＷの径方向へ向かって流れることにより、従来のサイドフロー方式と比べて原料ガスの移動距離が短くなり、各原料ガスの分子をウエハＷの径方向に均一に吸着させることができる。
【００５２】
ここで本実施の形態に係るガス供給装置４は、ガス供給ノズル４１が凹部４２２内に格納されていることにより、例えば背景技術にて説明した図２２（ｂ）に示す成膜装置１０１と比較して処理雰囲気（拡散空間４０及びウエハＷの周縁領域上方の空間）の容積が小さくなっている。この結果、少量の供給量にてウエハＷの全面に原料ガスを均一に吸着させることが可能となると共に、原料ガスの供給時間も短くて済む。
【００５３】
一方、例えば凹部４２２の開口部の面積が小さすぎる場合には、当該開口部に対向していないウエハＷの周縁領域の面積が大きくなり、ウエハＷと天板部材４２の底面との間の狭い流路内にてウエハＷ表面にガスが供給される面積の割合が大きくなる。こうした面積の割合が大きいと、ウエハＷの全面にガスを供給するのに要する時間が長くなったり、ガスの流れに偏りを生じて当該周縁領域内に供給されるガスの濃度が不均一となったりする場合もあり得る。
【００５４】
こうした懸念に対して本実施の形態に係る処理容器２では、凹部４２２の開口部がウエハＷの面積の３０％以上、例えば７０％程度の領域を覆っていることにより、ウエハＷの大部分の領域に対して拡散空間４０から直接ガスが供給され、短時間で均一なガスの供給が可能となっている。ここで凹部４２２の開口部は、ウエハＷの全体を覆うように開口していてもよく、この場合には例えば当該開口部の面積を大きくすることにより拡散空間４０の容積が増大することに伴うデメリット、例えばガス供給量の増大やガス供給時間の増大などとの兼ね合いで凹部４２２の開口部の適切な大きさが決定される。
【００５５】
さらに、既述のように本実施の形態においてガス供給ノズル４１は、先端部よりも外側の領域にガス供給孔４１１が設けられていて、図４に示す角度「θ」が１０°以上の例えば２５°以上となっている。このため通流空間４３０を流下してきた原料ガスの流れ方向がガス供給ノズル４１の先端部で堰き止められて変化し、この際に圧力損失が大きくなってガス供給ノズル４１内の圧力が高まるため、先端側のガス供給孔４１１からウエハＷへと向かう原料ガスの勢いを弱めつつ、基端側のガス供給孔４１１からウエハへと向かうガスの勢いを強め、ガス供給ノズル４１の全てのガス供給孔４１１から均一にガスを噴出させることができる。また、ガス供給孔４１１が傾きを持って開口していることにより、ガスの噴出し方向におけるガス供給孔４１１からウエハＷ表面までの距離が長くなるので、この点でもウエハＷ表面到達時の原料ガスの勢いを弱めることができる。これらの作用によりウエハＷ表面への過剰量の原料ガスの吸着、付着が抑えられ、ガス供給ノズル４１直下の領域の膜が厚くなるといった不具合の発生を抑えられる。なお、ガス供給ノズル４１の先端部にガス供給孔４１１を設けていなくても、当該先端部直下のウエハＷ表面には、原料ガスの拡散や、ウエハＷ表面に到達した際の流れ方向の変化によって周囲から原料ガスが供給されるので成膜上の問題はない。
【００５６】
さらにまた図３及び図５を用いて説明したように、実施の形態にかかわるガス供給ノズル４１は供給孔４１１の開口数が先端側ほど少なく、基端側ほど多くなっていて、ガス供給ノズル４１からウエハＷへの投影面内における単位面積あたりのガス供給孔４１１の配置個数がおおよそ一致している。これにより、図１０に模式的に示すように、ウエハＷ表面に供給される単位面積あたりのガスの流線の本数がほぼ等しくなるので、原料ガスの供給濃度をウエハＷ面内でより均一にすることができる。
【００５７】
こうして所定時間が経過し、ウエハＷ上にＳｒ原料ガスの吸着層を形成したら、Ｓｒ原料ガスの供給を停止し、図９（ｄ）に示すようパージガス供給源６４からパージガスを供給して、処理雰囲気、ガス供給ノズル４１並びにガス供給管４３内に残存するＳｒ原料ガスをパージする（Ｓｒ原料ガスパージ工程）。ガス供給管４３に導入されたパージガスは既述のＳｒ原料ガスと共通の経路を経て真空排気口２１１へ向けて流れていくが、このとき既述のように拡散空間４０の容積が比較的小さいことに加え、例えばガスシャワーヘッドに比べてガス供給ノズル４１やガス供給管４３のサイズも小型になっている。このため、パージされるＳｒ原料ガスの残存量も少なく、高価な原料ガスの消費量を減らせると共に、当該パージ工程の所要時間も短時間で済む。
【００５８】
Ｓｒ原料ガスのパージを終えたら、図９（ｂ）に示すようにＴｉ原料ガスを供給する（Ｔｉ原料ガス供給工程）。Ｔｉ原料ガスは既述のＳｒ原料ガスやパージガスと共通の経路を通って拡散空間４０内に供給され、凹部４２２の開口部に対向する領域から周縁領域へと流れる間に当該原料ガスがウエハＷ表面に均一に吸着する。
【００５９】
所定時間経過後、Ｔｉ原料ガスの吸着層が形成されたら、Ｔｉ原料ガスの供給を停止し、Ｓｒ原料ガスのパージと同様の手順にて残存するＴｉ原料ガスのパージを行い（図９（ｄ）、Ｔｉ原料ガスパージ工程）、次いでオゾンガスを既述の各原料ガスやパージガスと共通の経路で供給する（図９（ｃ）オゾンガス供給工程）。この工程にてウエハＷ表面に到達したオゾンは、既にウエハＷ表面に吸着している原料ガスとステージカバー３２からの熱エネルギーにより反応して、ＳＴＯの分子層が形成される。こうして所定時間オゾンガスを供給したらオゾンガスの供給を停止して、既述の各パージ工程と同様の手順にてオゾンガスをパージする（図９（ｄ）オゾンガスパージ工程）。
【００６０】
重複の記載を避けるため、各工程の説明では触れなかったが、これらＴｉ原料ガス供給工程、オゾンガス供給工のいずれにおいても、ガス供給ノズル４１やウエハＷの処理雰囲気（拡散空間４０及びウエハＷの周縁領域上方の空間）においては、既述のＳｒ原料ガス供給時と同様の作用によりウエハＷ表面に各処理ガスが供給され、少ない供給量で短時間に、面内で均一な処理ガスの供給が実行される。また、各パージ工程の際にパージされる処理ガスの残存量も少なく、短時間でパージを終えることができる。
【００６１】
そして図９に示すように、以上に説明した６つの工程を１サイクルとすると、当該サイクルを予め決められた回数、例えば１００回繰り返してＳＴＯの分子層を多層化し、所定の膜厚を備えたＳＴＯ膜の成膜を完了する。成膜を終えたら各種のガス供給を停止し、ウエハＷの載置された載置台３を搬送口２８まで降下させ、処理容器２内の圧力を真空排気前の状態に戻した後、搬入時とは逆の経路で外部の搬送機構によりウエハＷを搬出し、一連の成膜動作を終える。
【００６２】
本実施の形態に係るガス供給装置４によれば以下の効果がある。当該ガス供給装置４は、小型で構造が簡単なガス供給ノズル４１を用いて処理ガスを供給するので、例えば複数のプレートを積み重ねた構造のガスシャワーヘッドなどと比較して製作が容易であり、ガス供給装置４や成膜装置１の製造コストの低減に貢献することができる。
【００６３】
また、このガス供給ノズル４１は、天板部材４２の下方側へ末広がりに形成された凹部４２２の頂部から突出していると共に、例えば当該ノズル４１の全体が当該凹部４２２内に格納されているので、載置台３との間に形成される拡散空間４０を小型にすることができる。これにより、例えばガスシャワーヘッド型のガス供給装置と比較して処理ガスの供給量や供給時間が抑えられると共に、パージ工程に要する時間も抑えることができるので、変動コストの低減や処理のスループット向上に寄与する。
【００６４】
ここでガス供給装置４に設けられた凹部４２２の形状は上述の実施の形態中に例示した傾きが一定の傾斜面となっている場合に限定されない。例えば図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、凹部４２２の断面の形状が曲線となるように傾きが変化する傾斜面であってもよい。また傾斜面に替えて、図１１（ｃ）の参考例に示すように凹部４２２の断面形状が階段状になっていてもよい。  
また図１１（ｄ）に示すようにガス供給ノズル４１の全体が凹部４２２内に格納されておらず、例えばその先端部が凹部４２２から飛び出していてもよい。ガス供給ノズル４１の一部が凹部４２２内に格納されていることにより、例えば図２２（ｂ）に示す処理雰囲気１０と比較して処理雰囲気の容積を小さくでき、処理ガスの供給量削減やパージ時間の短縮などの効果を得られる。
【００６５】
さらにはガス供給ノズル４１やガス供給孔４１１の形状も実施の形態中に例示したものに限定されない。例えば図１２（ａ）に示すように水平方向の断面形状が多角形のガス供給ノズル４１ａであってもよいし、図１２（ｂ）〜図１２（ｅ）に示すように側方からみた形状が長方形（例えば全体の形状が円柱や直方体）のガス供給ノズル４１ｂや概略円錐形状をしたガス供給ノズル４１ｃ〜４１ｄでもよい。また、図１２（ｆ）に示すようにスリット状に穿設されたガス供給孔４１１ａや開口径が変化するガス供給孔４１１ｂも本実施の形態に含まれる。そして図１２（ｇ）に示すように、処理ガスが渦を巻きながら供給されるようにガス供給ノズル４１ｇの壁面に対して斜めにガス供給孔４１１ｃを設けたり、また各供給孔からガスが広がりながら供給されるようにテーパ状のガス供給孔４１１ｄを設けたりしてもよい。
【００６６】
これら種々の凹部４２２形状を備えた天板部材４２やガス供給ノズル４１、４１ａ〜４１ｇは、例えば処理ガスの種類やプロセス条件に合わせて適宜選択されてガス供給装置４に組み込まれる。図１を用いて説明したように天板部材４２は処理容器２に対して着脱自在に構成され、また図４に示すようにガス供給管４３も天板部材４２に対して着脱自在となっている。このため例えば処理ガスの種類やプロセス条件が変更となり、凹部４２２やガス供給ノズル４１を新たなプロセスに適した形状のものに変更する必要が生じた場合であっても、変更の必要な部分だけを交換すればよいので、ガス供給装置４の改造コストを低減できる。
【００６７】
特に図４に示したようにガス供給ノズル４１は天板部材４２よりも小型でガス供給管４３と共に簡単に着脱することができる。このため、例えば内部に付着したパーティクルなどを定期的に清掃する場合にも、天板部材４２全体を取り外して処理容器２を開放する必要がなくメンテナンス性がよい。またガス供給ノズル４１とガス供給管４３とにネジを切って互いに螺合させるなどして、ガス供給ノズル４１をガス供給管４３から着脱自在に構成しさらにメンテナンス性を高めてもよい。さらに例えばガス供給装置４は、図１３、図１４に示すように、ガス供給ノズル４１ｈとガス供給管４３ａとを独立した部材として製作し、天板部材４２に穿設した通流空間４３０ａを介してこれらガス供給ノズル４１ｈ及びガス供給管４３ａを接続した構成としてもよい。この場合にはガス供給ノズル４１ｈは、例えば基端部に設けられたフランジ部４１２を介してボルト４１３などにより天板部材４２の底面に固定される。
なお、必要に応じて天板部材４２に固定されたガス供給ノズル４１を採用してもよいことは勿論である。
【００６８】
次に第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａについて図１５〜図１７を参照しながら説明する。図１５〜図１７の各図においては、図１〜図１０などに示した第１の実施の形態に係るガス供給装置４と同じ機能を持つ構成要素には、第１の実施の形態に係るガス供給装置４と同様の符号を付してある。  
第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａは、図１５〜図１７に示すように、ガス供給ノズル４１ｉのノズル本体の形状が扁平な円板形状となっている点において、例えばガス供給ノズル４１の形状が半球状である第１の実施の形態に係るガス供給装置４と異なっている。
【００６９】
詳細には、第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａは、天板部材４２の下面側に設けられた凹部４２２の頂部から、例えば直径Ｄが１００ｍｍ、高さｈ’が１０ｍｍに形成された円板形状のガス供給ノズル４１ｉが載置台３側へ向かって突出している。そしてこの円板形状のガス供給ノズル４１ｉの底面及び側面には、多数のガス供給孔４１１が設けられており、ガス供給管４３から供給された処理ガスは、図１７に示すようにこれらのガス供給孔４１１を介して拡散空間４０内に供給される。
【００７０】
このようにガス供給ノズル４１ｉを扁平形状とすることにより、例えば拡散空間４０の容積を小さくしても、ガス供給ノズル４１ｉ全体を凹部４２２内に格納し易く、処理ガスの供給やパージ時間の短縮を図ることができる。具体例を挙げると、例えば図１１（ｄ）に示すガス供給装置４のように、拡散空間４０の容積を小さくした結果、半球形状のガス供給ノズル４１が凹部４２２から飛び出した状態の供給装置４と比較して、図１７に示すように凹部４２２の頂部からガス供給ノズル４１ｉの底面までの高さ（図中「ｈ’」と記してある）と、ガス供給ノズル４１ｉの底面からウエハWまでの距離（図中「ｈ」と記してある）との合計「ｈ’＋ｈ」を小さくすることが可能となり、拡散空間４０の容積をより小さくすることができる。なお、図１１（ｄ）のようにガス供給ノズル４１が凹部４２２から飛び出している場合には、ギャップはガス供給ノズル４１の下端を基準として、ウエハＷ表面までの距離が予め設定された範囲内の値となるように調整される。
【００７１】
さらに、ガス供給ノズル４１ｉが扁平形状となっていることにより、ガス供給ノズル４１ｉ内の空間の容積増大を抑えつつ、同ノズル４１ｉの外表面積を大きくすることができる。この結果、例えばガスシャワーヘッドに比べてガス供給ノズル４１ｉやガス供給管４３のサイズが小さくなって、内部のガス置換が容易になる一方、半球形状のガス供給ノズル４１に比べて、より広範な面からウエハＷに向かって処理ガスを供給することも可能となる。特に、本ガス供給ノズル４１ｉでは、底面だけでなく、ノズル４１ｉの側面にもガス供給孔４１１が形成されていることによって、処理ガスの供給面がさらに広くなっており、凹部４２２の末広がりの面に沿って、より広い領域に処理ガスを拡散させることができる。言い換えると、扁平形状に形成されたガス供給ノズル４１ｉは、内部容積が比較的小さいというノズルの利点と、処理ガスの供給面が比較的広いという、ガスシャワーヘッドの利点とを兼ね備えており、より短い時間で処理ガスの供給、パージを実行することができる。
【００７２】
そして図１７に示すように、これら多数のガス供給孔４１１は、第１の実施の形態係るガス供給ノズル４１と同様に、ガス供給ノズル４１ｉの底面の中心部には設けられておらず、外側の領域に配置されている。これにより各ガス供給孔４１１は、円板の底面の中心を通る中心軸に対して成す角度「θ」が少なくとも１０°以上の例えば３５°以上となっている。かかる構成により、ガス供給ノズル４１ｉの底面の中心領域（ガス供給管４３直下に位置している）では処理ガスの流れが堰き止められてガス供給孔４１１から噴出する勢いが弱まる一方、ガス供給ノズル４１ｉの周縁側では中央部側で処理ガスの流れが堰き止められた結果、当該ノズル４１ｉ内の圧力が高まって、ガス供給孔４１１から噴出する勢いが強められ、これらの結果、全体のガス供給孔４１１から均一に処理ガスを噴出させることができる。
【００７３】
またこれらのガス供給孔４１１は、第１の実施の形態係るガス供給ノズル４１と同様に、ガス供給ノズル４１ｉの先端側（本例ではノズル４１ｉの底面の中央領域側）ほど単位面積あたりの開口数が少なく、基端側（本例ではノズル４１ｉ底面の周縁領域から、側面へかけての領域側）へ行くほど多くなるようにガス供給孔４１１を配置してある。これにより図５を用いて既に説明したように、ウエハＷ表面への到達時の処理ガスの濃度をウエハＷ面内でできるだけ均一にすることができる。このとき、各ガス供給孔４１１の開口面積が異なる場合には、各先端側と基端側とのガス供給孔４１１の開口面積の比を図５に示した投影面積の比Ｐ１：Ｐ２に合わせるとよい点については、第１の実施の形態に係るガス供給ノズル４１と同様である。
【００７４】
さらにまた、扁平形状に形成されるガス供給ノズル４１ｉは、図１５に示したように底面側から見た平面形状が円形の円板形状に形成する場合に限られない。例えばガス供給ノズル４１ｉの平面形状を多角形や楕円形などとしてもよい。  
このほか、ガス供給孔４１１は扁平なガス供給ノズル４１ｉの底面及び側面の双方に設ける場合に限定されず、例えばノズル本体の底面のみにガス供給孔４１１を設けた場合も本発明の技術的範囲に含まれる。このとき底面に設けたガス供給孔４１１の先端部をノズル本体の底面から僅かに突出させ、末広がり形状の凹部４２２の底面に向けてガスを噴出させることなどにより、ガス供給孔４１１をノズル本体の側面に設けた場合と同様にガスを供給することができる。
【００７５】
上述の成膜装置１ではＳｒ原料とＴｉ原料及びオゾンガスを処理ガスとしてＳＴＯの薄膜を成膜する場合について説明したが、当該成膜装置１にて成膜可能な薄膜の種類はこれに限定されるものではない。例えばＴＥＭＡＺとオゾンガスや水蒸気とを処理ガスとして酸化ジルコニウムの薄膜を成膜するプロセスなどに適用してもよい。また当該成膜装置１に適用可能なプロセスの種類もＡＬＤやＭＬＤに限定されるものではなく、原料ガスと反応ガスとを連続供給する通常タイプのＣＶＤプロセスにも本発明の装置を適用できる。また上述の実施の形態においては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【実施例】
【００７６】
（シミュレーション１）
第１の実施の形態に係るガス供給装置４のモデルを作成し、処理ガス供給時、パージガス供給時における処理雰囲気内の処理ガス濃度分布をシミュレーションした。
【００７７】
Ａ．シミュレーション条件  
既述のＳｒ原料、Ｔｉ原料の溶媒であるトルエンをキャリアガスであるアルゴンガス中に揮発させた気体を処理ガスのモデルガスとした。処理雰囲気内の温度を２３０℃、処理雰囲気出口の圧力を４５Ｐａとした。  
（実施例１−１）  
図１８に示すように、実施の形態に係る成膜装置１のガスの通流する空間（通流空間４３０、ガス供給ノズル４１内部、ガス供給ノズル４１内部及び処理雰囲気）を当該空間の中央位置にて径方向に４分割したモデル空間を作成し、処理ガスを供給して当該モデル空間内の処理ガスの濃度を０ｖｏｌ％から４．０ｖｏｌ％まで上昇させるシミュレーションを行った。このとき、処理ガスの供給を開始してから０．０１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。処理ガスの供給の際には、当該ガスの逆拡散を防止するためのカウンターガスを処理ガスと同時に供給した。図１８に実線の矢印で示した位置から処理ガスを供給し、破線の矢印で示した位置からカウンターガスを供給した。  
処理ガス供給量：  
トルエン０．１ｇ／ｍｉｎ、アルゴンガス５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
カウンターガス供給量：  
アルゴンガス１，０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）  
（実施例１−２）  
（実施例１−１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。
【００７８】
（実施例２−１）  
（実施例１−１、１−２）の条件にて処理ガスを供給した後のモデル空間に、パージガスの供給を供給して処理ガスの濃度を４．０ｖｏｌ％から０ｖｏｌ％まで低下させるシミュレーションを行った。処理ガスの供給を開始してから０．０１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。図１８の実線（以下、処理ガスラインという）、破線（以下、カウンターガスラインという）のいずれからもパージガスとしてのアルゴンガスを供給した。  
処理ガスライン供給量：  アルゴンガス５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）  
カウンターガスライン供給量：アルゴンガス１，５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）  
（実施例２−２）  
（実施例２−１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。  
（実施例２−３）  
（実施例２−１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．５秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。
【００７９】
Ｂ．シミュレーション結果
（実施例１−１）〜（実施例１−２）のシミュレーション結果を図１９（ａ）〜図１９（ｂ）に示し、（実施例２−１）〜（実施例２−３）のシミュレーション結果を図２０（ａ）〜図２０（ｃ）に示す。これらの図には、図１８に示したモデル空間の底面（ウエハＷの表面に相当する）における処理ガスの面内濃度分布を等濃度線にて区画表示してある。各図に示した数値は当該区画内のガス濃度［vol％］の濃度範囲を示している。  
なお実際のシミュレーション結果は、コンピュータグラフィクスにより濃度分布がグラデーション表示されるようにカラー画面にてアウトプットされているが、図示の便宜上、上記各図では概略の濃度分布を示してある。従って、これらの図に示した隣接する区画領域間の濃度範囲が連続していない場合には、実際に濃度分布が飛び飛びになってしまっているわけではなく、これらの領域間に急な濃度勾配が存在していることを意味している。
【００８０】
図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、（実施例１−１）〜（実施例１−２）の結果によれば、処理ガス導入開始後０．０１秒でウエハＷ表面のおよそ半分の領域が３．５ｖｏｌ％〜４．０ｖｏｌ％まで上昇している。そして、処理ガス導入開始後０．１秒でウエハＷ表面の大部分の領域が４．０ｖｏｌ％の目標濃度まで上昇しており、短時間で均一な処理ガスの供給ができており十分な実用性があるといえる。
【００８１】
また図２０（ａ）〜図２０（ｃ）に示した（実施例２−１）〜（実施例２−３）の結果によれば、パージガス供給開始後０．１秒の時点でウエハＷ表面のガス濃度がほぼ０％近く（４．０×１０−５〜８．０×１０−５ｖｏｌ％）まで低下しており（図２０（ｂ）、実施例２−２）、短時間でほぼ完全なパージができている。
以上の結果より、実施の形態中に示した処理容器２は、短時間で均一に処理ガスを供給、パージすることができるといえる。
【００８２】
（シミュレーション２）  
第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａのモデルを作成し、処理ガス供給時の処理雰囲気内の処理ガス濃度分布をシミュレーションし、第１の実施の形態に係るガス供給装置４モデルのシミュレーション結果と比較した。  
Ａ．シミュレーション条件  
モデルガス、処理雰囲気内の温度及び圧力は、（シミュレーション１）と同様である。
（実施例３−１）  
図１８と同様の考え方により、図１５〜図１７に示した第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａのモデル空間を作成し、処理ガスの濃度を０ｖｏｌ％から４．０ｖｏｌ％まで上昇させるシミュレーションを行った。このとき、処理ガスの供給を開始してから０．００７秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。処理ガスの供給量、カウンターガスの供給量などの条件については、（実施例１−１）と同様である。  
（実施例３−２）  
（実施例３−１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．０１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。  
（実施例３−３）  
（実施例３−１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．０２秒後の時刻における処理ガスの濃度分布を求めた。  
【００８３】
Ｂ．シミュレーション結果  
（実施例３−１）〜（実施例３−３）のシミュレーション結果を図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に示す。これらの図には、既述の図１９、２０と同様にモデル空間の底面（ウエハＷの表面）における処理ガスの面内濃度分布を等濃度線にて区画表示してある。図面表示が煩雑になることを避けるため、図２１（ａ）、図２１（ｂ）では、一部濃度範囲の表示を省略してある。
【００８４】
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に示したように、（実施例３−１）〜（実施例３−３）の結果によれば、処理ガスの導入開始後、わずか０．００７秒で最高濃度１．５ｖｏｌ％〜２．０ｖｏｌ％の領域が現れ、０．０１秒後にはこれら高濃度の領域の濃度は２．５ｖｏｌ％〜３．０ｖｏｌ％まで上昇している。そして０．０２秒後には、全体のおよそ１／３の領域の濃度が目標である４．０ｖｏｌ％まで上昇しており、この段階で１．０ｖｏｌ％以下の濃度領域は殆ど残されていない。そして図示は省略してあるが、処理ガス導入開始後０．１秒後には、ウエハＷ表面の大部分の領域が４．０ｖｏｌ％の目標濃度まで上昇していることを確認している。これらの結果からも、第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａは、第１の実施の形態の場合と同様に、十分な実用性を備えているといえる。
【符号の説明】
【００８５】
Ｗ          ウエハ
１          成膜装置
２          処理容器
３          載置台
４、４ａ    ガス供給装置
７          制御部
１０        処理雰囲気
２１        排気ダクト
２２        下側容器
２３        昇降板
２８        搬送口
３１        ステージ
４０        拡散空間
４１、４１ａ〜４１ｈ
ガス供給ノズル
４２        天板部材
４３        ガス供給管
４４        ヒータ
６１        Ｓｒ原料供給源
６２        Ｔｉ原料供給源
６３        オゾンガス供給源
６４        パージガス供給源
２１１      真空排気口
４１１、４１１ａ〜４１１ｄ
ガス供給孔
４１２      フランジ部
４１３      ボルト
４２１      フランジ部
４２２      凹部
４３０、４３０ａ
通流空間
４３１      マニホールド
４３２      フランジ部
４３３      Ｏ-リング
６１０      Ｓｒ原料ガス供給ライン
６１１      気化器
６２０      Ｔｉ原料ガス供給ライン
６２１      気化器
６３０      オゾンガス供給ライン
【図１】
0005233734.tif 000002
【図２】
0005233734.tif 000003
【図３】
0005233734.tif 000004
【図４】
0005233734.tif 000005
【図５】
0005233734.tif 000006
【図６】
0005233734.tif 000007
【図７】
0005233734.tif 000008
【図８】
0005233734.tif 000009
【図９】
0005233734.tif 000010
【図１０】
0005233734.tif 000011
【図１１】
0005233734.tif 000012
【図１２】
0005233734.tif 000013
【図１３】
0005233734.tif 000014
【図１４】
0005233734.tif 000015
【図１５】
0005233734.tif 000016
【図１６】
0005233734.tif 000017
【図１７】
0005233734.tif 000018
【図１８】
0005233734.tif 000019
【図１９】
0005233734.tif 000020
【図２０】
0005233734.tif 000021
【図２１】
0005233734.tif 000022
【図２２】
0005233734.tif 000023